JPH10248244A - 携帯型コンピュータ用電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 負荷電流の広い変化範囲に対して、高効率で
電源出力を供給できる携帯型コンピュータ用電源装置を
得ること。 【解決手段】 電圧変動を含む電源出力を定電圧に変換
し出力するスイッチングレギュレータ１を有し、携帯型
コンピュータ６に電力を供給する電源装置において、携
帯型コンピュータ６より出力された該携帯型コンピュー
タ６の負荷状態に基づいて、スイッチングレギュレータ
１のスイッチング周波数を切替える周波数切替回路２を
備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、携帯型コンピュ
ータ用の電源装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】携帯型コンピュータは、ＡＣアダプタの
接続により駆動される他に、バッテリ駆動により屋外で
の使用を可能とするように設計されているのが一般的で
ある。バッテリで駆動される携帯機器にとって最も重要
なことは、バッテリ駆動時間の長時間化であり、これを
実現するために携帯型コンピュータには、様々な方法で
本体の消費電力を削減するための機能を付加してきた。
その機能の中でも、コンピュータの使用状態に従って、
現在動作していないデバイスを停止または低速で動作さ
せることにより、本体の消費電力を下げる機能を装備す
るのが一般的である。しかし、このような携帯型コンピ
ュータの駆動電流は、数ｍＡから数Ａまでに及んでしま
うため、ある一定の電流を想定して効率を決定している
従来のスイッチングレギュレータによる電源回路では、
その他の電流による動作時には効率が低下してしまい、
バッテリから効率良く電力を取り出すことができなかっ
た。このことから、携帯型コンピュータ用の電源として
は、広い使用電流範囲の全てにおいて、効率的に動作す
る電源装置が求められてきた。

【０００３】図６は例えば特開平７−２４５９４４号公
報に示された従来の電源装置を示すブロック図であり、
図において、２１はスイッチングレギュレータ、２２は
インダクタ、２３は基準電圧発生器および電源の出力電
圧を分圧する抵抗から成るフィードバック信号生成回
路、２４はコンデンサ、２５はマイクロコントローラで
ある。スイッチングレギュレータ２１は、入力電圧をス
イッチングし、方形波電圧を出力する。この方形波電圧
はインダクタ２２に入力され、インダクタ２２の作用に
より直流電圧として出力され、コンピュータの電源とな
る。この出力電圧はフィードバック信号生成回路２３に
入力され、基準電圧と比較される。電源出力により駆動
される携帯型コンピュータの消費電力が大きいとき、出
力電圧は低下するが、フィードバック信号生成回路２３
で基準電圧と比較された結果、電圧低下が検知され、フ
ィードバック信号によりスイッチングレギュレータ２１
の方形波出力のデューティを増加させ、電源出力の電圧
を適正に戻す。コンピュータの消費電力が小さいとき、
出力電圧は上昇するが、フィードバック信号生成回路２
３からのフィードバック信号により、スイッチングレギ
ュレータ２１の方形波出力のデューティを減少させ、電
源出力の電圧を適正に戻す。これら一連の制御により、
電源出力の負荷変動による電圧変動を補正し、常に定電
圧出力を維持する。これを通常モードという。

【０００４】マイクロコントローラ２５は、電源出力の
負荷であるコンピュータの消費電流が１００ｍＡ以下で
あることを検出すると、スイッチングレギュレータ２１
およびフィードバック信号生成回路２３にバーストモー
ドの動作に移行するように信号を出力する。このバース
トモードでは、スイッチングレギュレータ２１をオフ
し、コンデンサ２４に充電された電圧により、出力電圧
を一定電圧に維持する。コンデンサ２４の放電により、
出力電圧が低下してきたとき、フィードバック信号生成
回路２３にて電圧低下を検出し、スイッチングレギュレ
ータ２１に出力をオンにする信号を出力する。スイッチ
ングレギュレータ２１の出力がオンされ、再びコンデン
サ２４が充電され、一定電圧に達したことをフィードバ
ック信号生成回路２３が検知すると、フィードバック信
号生成回路２３よりスイッチングレギュレータ２１に方
形波電圧出力をオフする信号を出力する。これら一連の
動作はマイクロコントローラ２５で、負荷となるコンピ
ュータの消費電流が増加し、１００ｍＡを超えるまで継
続される。このようなバーストモードへ移行することに
より、通常モードのまま１００ｍＡ以下の電流を供給す
るよりも、効率を良くすることができる。

【０００５】以上の制御により、負荷となるコンピュー
タの消費電力が大きいときは通常モード、消費電力が小
さいときはバーストモードに切替えて動作させること
で、広い範囲に渡る出力電流の増減に対し、電源出力を
効率良く供給することができていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の携帯型コンピュ
ータ用電源装置は、以上のように構成されているので、
負荷電流の広い変化範囲のうち、１００ｍＡ以下の負荷
の効率を改善することができた。しかし、従来の構成で
通常時とされる負荷の変動範囲でも、効率は一定では無
く、ある負荷電流をピークに、さらに負荷電流が増加し
たときや、負荷電流が減少したときには、効率は低下す
るという問題点があった。また、上記バーストモードを
備えるスイッチングレギュレータを販売しているのは１
社であり、電源装置の設計において部品選択が大幅に制
約されるという問題点があった。さらに、スイッチング
レギュレータとフィードバック信号発生回路を制御する
ために、専用のマイクロコントローラを追加しなければ
ならず、電源装置の部品コストや部品実装面積の上昇を
招いていた。また、ペン入力デバイスに電磁誘導型のタ
ブレットを使用している携帯型コンピュータでは、スイ
ッチングレギュレータの発振周波数は、タブレットの電
磁誘導との干渉を避けるために、周波数固定型のスイッ
チングレギュレータを使用していた。このようなスイッ
チングレギュレータでは、スイッチング周波数は一定で
あるため、スイッチングに起因するＭＯＳ ＦＥＴ のゲ
ート電荷による損失は、負荷変動に関わらず一定とな
り、通常モード内の低負荷時には、効率を下げる要因と
なっていた。

【０００７】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、外部からの設定でスイッチング
周波数を変更でき、一般的に入手できる周波数固定制御
型のスイッチングレギュレータを使用した電源装置にお
いて、負荷電流の広い変化範囲に対して、高効率で電源
出力を供給できる携帯型コンピュータ用電源装置を得る
ことを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る携
帯型コンピュータ用電源装置は、電圧変動を含む電源出
力を定電圧に変換し出力するスイッチングレギュレータ
を有し、携帯型コンピュータに電力を供給する電源装置
において、前記携帯型コンピュータより出力された該携
帯型コンピュータの負荷状態に基づいて、前記スイッチ
ングレギュレータのスイッチング周波数を切替える周波
数切替え手段を備えたものである。

【０００９】請求項２の発明に係る携帯型コンピュータ
用電源装置において、前記携帯型コンピュータは、該携
帯型コンピュータの負荷電流を検出し、この検出した負
荷電流に基づいて負荷状態を示す制御信号を前記周波数
切替え手段に出力し、前記周波数切替え手段は、前記制
御信号に基づいて前記スイッチング周波数を切替えるも
のである。

【００１０】請求項３の発明に係る携帯型コンピュータ
用電源装置において、前記周波数切替え手段は、前記携
帯型コンピュータの負荷電流が大きいときは前記スイッ
チング周波数を高くし、前記携帯型コンピュータの負荷
電流が小さいときは前記スイッチング周波数を低くする
ものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下、この発明の実施の形態１を図につ
いて説明する。図１は実施の形態１の携帯型コンピュー
タ用電源装置の構成を示す図であり、図において、１は
ＡＣアダプタやバッテリから供給された、安定化されて
いない入力電源電圧を、スイッチングすることにより、
方形波電圧として出力するスイッチングレギュレータ、
２はスイッチングレギュレータ１の方形波の発振周波数
を切替える周波数切替回路、３は周波数切替回路２に対
し、切替え信号を出力するシステムコントローラ、４は
システムコントローラ３を制御する中央処理装置（ＣＰ
Ｕ）、５は中央処理装置４を制御するファームウェアを
内蔵する読み出し専用メモリのＲＯＭ、６はシステムコ
ントローラ３、ＣＰＵ４、ＲＯＭ５などから成り、スイ
ッチングレギュレータ１の電源出力の負荷となるコンピ
ュータである。

【００１２】ＲＯＭ５に内蔵されたファームウェアは、
コンピュータ６の本来の動作を制御するファームウェア
と、コンピュータ６の動作状態を監視し、使用していな
いデバイスをオフしたり、アイドル状態のＣＰＵ４の動
作クロックを低速に切替えて、コンピュータ６の消費電
力を低減するパワーセーブ機能を制御するファームウェ
アから成り立っている。この実施の形態のファームウェ
アは、パワーセーブ機能を制御する後者のファームウェ
アに内蔵されている。

【００１３】図２はスイッチングレギュレータ１の構成
を示す図であり、図において、７は方形波の発振周波数
を決定するオシレータ、８は入力電圧をスイッチングす
るＭＯＳ ＦＥＴ、９はスイッチングレギュレータ１の
出力電圧を監視し、内部の基準電圧発生器の電圧と比較
し、比較結果によりオシレータ７から入力された方形波
のデューティーを可変して、ＭＯＳ ＦＥＴ８のスイッ
チングを制御するスイッチング制御部、１０はＭＯＳ
ＦＥＴ８から出力された方形波電圧を入力し、そのイン
ダクタンス効果により、直流電圧を出力するインダク
タ、１１はインダクタ１０からの直流電圧を蓄積するコ
ンデンサ、１２はコンデンサ、１３はＭＯＳ ＦＥＴ８
がオフのとき、インダクタ１０により蓄積された電荷を
グランドに流すダイオードである。

【００１４】図３は周波数切替回路２の構成を示す図で
あり、図において、１４はオシレータ７の発振周波数を
決定するために外付けされるコンデンサ、１５及び１６
はコンデンサ１４と同様のコンデンサ、１７はコンデン
サ１５とオシレータ７の接続をオン／オフするＦＥＴ、
１８はコンデンサ１６とオシレータ７の接続をオン／オ
フするＦＥＴである。なお、システムコントローラ３か
らＦＥＴ１７に出力され制御信号を制御信号Ａといい、
ＦＥＴ１８に出力される制御信号を制御信号Ｂという。

【００１５】次に、電源がオンされ、ＲＯＭ５に内蔵さ
れたファームウェアが動作を開始するまでのスイッチン
グレギュレータ１の動作を説明する。電源スイッチのオ
ンにより、スイッチングレギュレータ１から電源電圧が
供給され、コンピュータ６が起動される。コンピュータ
６が起動されて、ＲＯＭ５に内蔵されたファームウェア
が読み込まれ、通常動作が可能となるまでの間、システ
ムコントローラ３はリセット状態となり、周波数切替回
路２への制御信号Ａ、制御信号Ｂはデフォルト状態のＨ
ＩＧＨとなる。この状態で、図３に示した周波数切替回
路２では、コンデンサ１５、コンデンサ１６への接続を
ＦＥＴ１７、ＦＥＴ１８によりオフとし、コンデンサ１
４のみがオシレータ７に接続される。この結果、オシレ
ータ７はコンデンサ１４に対応する高い発振周波数での
発振信号を出力する。ここで、コンデンサと発振周波数
の関係を図４に示す。また、このコンデンサ１４のみが
オシレータ７に接続されたときの発振周波数は、図４に
示した高速モードである。

【００１６】図２において、高速モードによる発振信号
を入力されたスイッチング制御部９は、ＭＯＳ ＦＥＴ
８をスイッチングし、入力電圧を方形波電圧に変換す
る。この方形波電圧はダイオード１３、インダクタ１
０、コンデンサ１１の働きにより直流電圧へと変換され
る。この変換の詳細については、一般的なスイッチング
レギュレータの働きと同一であるため、詳細な説明を省
略する。

【００１７】電源投入から、コンピュータ６の起動が完
了するまでの間、スイッチングレギュレータ１の負荷で
あるコンピュータ６の消費電流は、通常動作時と同程度
か、場合によってはデバイス類のオン／オフ等により、
通常時より大きくなる。このときの負荷電流変動は非常
に大きいため、この広範囲の負荷変動に対し、一定の電
源電圧を供給するため、スイッチングレギュレータ１は
高い周波数によるスイッチングを行ない、出力電圧を安
定化させる。

【００１８】次に、コンピュータ６の起動が完了し、Ｒ
ＯＭ５に内蔵されたファームウェアが動作をしていると
きの制御を図５のフローチャートに従って説明する。コ
ンピュータ６が通常動作をしているとき、コンピュータ
６本体のパワーセーブモード（以下、本体モードとい
う）は通常モードである。このとき、他の本体モードか
らの復帰要求は発生しておらず（ステップＳ１）、本体
モードも通常モードであるため（ステップＳ２）、シス
テムコントローラ３から周波数切替回路２への制御信号
Ａ、Ｂは、コンピュータ６の起動時と同様にＨＩＧＨの
ままである。したがって、コンピュータ６の起動時と同
様にＦＥＴ１７、ＦＥＴ１８はオフのままで、コンデン
サ１５、コンデンサ１６はオフ、オシレータ７は高速モ
ード、スイッチング制御部９は高い周波数の方形波を発
生させ、ＭＯＳ ＦＥＴ８は高速でスイッチング動作を
することとなる。コンピュータ６が通常モードで動作し
ているとき、消費電力は大きく、負荷変動範囲も広いた
め、スイッチングレギュレータ１は高い周波数でスイッ
チングを行ない、出力電圧を安定化させる必要がある
が、上記の制御により、これを実現している。

【００１９】コンピュータ６がアイドル状態になると、
本体モードはスリープモードに移行する。スリープモー
ドに移行したことを検知すると（ステップＳ３）、シス
テムコントローラ３は、周波数切替回路２への制御信号
ＡをＬＯＷ、制御信号ＢをＨＩＧＨとする（ステップＳ
４）。この制御により、ＦＥＴ１７はオンし、コンデン
サ１５をオンする。また、ＦＥＴ１８はオフで、コンデ
ンサ１６はオフのままである。この結果、オシレータ７
の周波数を決定するコンデンサ接続端子には、コンデン
サ１４、コンデンサ１５が並列に接続されることとな
り、図４に示すように発振周波数は中速モードに切替わ
る。スリープモードのとき、ＣＰＵ４やその他のＬＳＩ
は動作しているが、ハードディスクドライブやフロッピ
ーディスクドライブは停止しているため、通常動作時に
比べ消費電力は少なく、負荷変動範囲も狭い。このた
め、通常時よりもスイッチングレギュレータ１を低速で
動作させても、電源出力を安定化させることが可能であ
る。

【００２０】スリープモードのときに、キーボードから
の入力等が発生し、通常モードへ復帰する必要が生じた
とき、ＣＰＵ４へ通常モードへの復帰要求が発生する。
この復帰要求を検知すると（ステップＳ１）、システム
コントローラ３は、周波数切替回路２への制御信号Ａ、
Ｂを共にＨＩＧＨとする（ステップＳ６）。この制御に
より、コンデンサ１５、コンデンサ１６をオフの状態に
設定してスイッチング周波数を高速に切替え、通常モー
ド復帰に備える。その後、コンピュータ６は通常モード
に復帰し、また、スイッチングレギュレータ１はすでに
高速モードで電源出力を供給していることから、通常モ
ードの負荷電流の変動が発生したとしても、安定した電
源を供給することができる。

【００２１】スリープモードでのアイドル状態がさらに
続くと、コンピュータ６は、スリープモードよりもさら
に消費電力の少ないスタンバイモードに移行する。ステ
ップＳ３でＮＯとなり、スタンバイモードに移行したこ
とを検知すると、システムコントローラ３は、周波数切
替回路２への制御信号Ａ、Ｂを共にＬＯＷとする（ステ
ップＳ５）。この制御により、ＦＥＴ１７はオンし、コ
ンデンサ１５をオンする。また、ＦＥＴ１８もオンし、
コンデンサ１６もオンする。この結果、オシレータ７の
周波数を決定するコンデンサ接続端子には、コンデンサ
１４、コンデンサ１５、コンデンサ１６が並列に接続さ
れることとなり、図４に示すように発振周波数は低速モ
ードに切替わる。スタンバイモードのとき、ＣＰＵ４や
その他のＬＳＩには電源が供給されているが、停止して
おり、ハードディスクドライブやフロッピーディスクド
ライブ等も停止しているため、スリープモード時に比
べ、さらに消費電力は少なく、負荷変動範囲も狭くな
る。このため、スリープモード時よりもスイッチングレ
ギュレータ１を低速で動作させても、電源出力を安定化
させることが可能である。

【００２２】スタンバイモードのときに、通常モードへ
復帰する必要が発生したときも、スリープモードから通
常モードへの復帰と同様の制御により、スイッチングレ
ギュレータ１を高速モードに切替える。

【００２３】以上のように、この実施の形態によれば、
各パワーセーブモードでの消費電流と負荷電流の変動に
対し、スイッチングレギュレータ１を最適なスイッチン
グ周波数に切替えることができ、電流が少ないパワーセ
ーブモードのときにはスイッチング周波数を遅くするこ
とで、ＭＯＳ ＦＥＴ８のゲート容量によるスイッチン
グ損失を低減することができる。この効果により、低電
流時の電源効率を改善することができ、結果としてコン
ピュータのバッテリ駆動時間を延長することが可能とな
る。また、スイッチングレギュレータ設計に際して、ス
イッチングレギュレータのコントロールＩＣは、外部で
周波数を設定できる周波数固定型のＩＣであれば、どの
メーカの製品を使用しても設計できるため、部品の選択
が自由になる。

【００２４】

【発明の効果】この発明によれば、携帯型コンピュータ
より出力された該携帯型コンピュータの負荷状態に基づ
いて、スイッチングレギュレータのスイッチング周波数
を切替えることにより、負荷電流の広い変化範囲に対し
て、高効率で電源出力を供給できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施の形態１の携帯型コンピュータ用電源装
置の構成を示す図である。

【図２】 図１に示したスイッチングレギュレータの構
成を示す図である。

【図３】 図１に示した周波数切替回路の構成を示す図
である。

【図４】 コンデンサの容量と発振周波数の関係を示す
特性図である。

【図５】 実施の形態１のファームウェアの動作を示す
フローチャートである。

【図６】 従来の携帯型コンピュータ用電源装置の構成
を示す図である。

【符号の説明】

１ スイッチングレギュレータ、２ 周波数切替回路、
３ システムコントローラ、４ ＣＰＵ、５ ＲＯＭ、
６ コンピュータ、７ オシレータ、８ ＭＯＳ ＦＥ
Ｔ、９ スイッチング制御部、１０ インダクタ、１
１、１２ コンデンサ、１３ ダイオード、１４、１
５、１６ コンデンサ、１７、１８ ＦＥＴ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福島 秀信 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電圧変動を含む電源出力を定電圧に変換
   し出力するスイッチングレギュレータを有し、携帯型コ
   ンピュータに電力を供給する電源装置において、 前記携帯型コンピュータより出力された該携帯型コンピ
   ュータの負荷状態に基づいて、前記スイッチングレギュ
   レータのスイッチング周波数を切替える周波数切替え手
   段を備えたことを特徴とする携帯型コンピュータ用電源
   装置。
2. 【請求項２】 前記携帯型コンピュータは、該携帯型コ
   ンピュータの負荷電流を検出し、この検出した負荷電流
   に基づいて負荷状態を示す制御信号を前記周波数切替え
   手段に出力し、 前記周波数切替え手段は、前記制御信号に基づいて前記
   スイッチング周波数を切替えることを特徴とする請求項
   １記載の携帯型コンピュータ用電源装置。
3. 【請求項３】 前記周波数切替え手段は、前記携帯型コ
   ンピュータの負荷電流が大きいときは前記スイッチング
   周波数を高くし、前記携帯型コンピュータの負荷電流が
   小さいときは前記スイッチング周波数を低くすることを
   特徴とする請求項１記載の携帯型コンピュータ用電源装
   置。